DE1069194B - Transistorverstärker mit Maßnahmen zum Erzielen eines hohen Siginal-Rausch-Veilhältaisses - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung zielt auf einen Transistorverstärker ab, der in einem breiten Frequenzbereich ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis aufweist.

Aus bekannten Messungen und theoretischen Erwägungen, auf denen die Erfindung fußt, erweist es sich, daß das von dem Transistor hervorgerufene Rauschen sich nicht nur mit der Frequenz, sondern außerdem mit der Größe der an die Transistor-Eingangselektroden angeschlossenen Quellimpedanz ändert. Es stellt sich heraus, daß das Rauschen in dem Maße geringer wird, wie diese Impedanz einen reinen Widerstandscharakter hat; bei einem bestimmten Optimalwert dieses Widerstandes geht das Rauschen durch ein Minimum.

Untersuchungen, die zur Erfindung geführt haben, haben weiter gezeigt, daß der optimale Wert dieses Widerstandes eine ausgeprägte Abhängigkeit von der Frequenz aufweist, und zwar sich der Frequenz etwa umgekehrt proportional ändern soll. In der Praxis ist es nun vielfach erforderlich, innerhalb eines breiten Frequenzbereiches entweder jeweils eine Abstimmung auf eine bestimmte Frequenz vorzunehmen, also erheblich verschiedene Frequenzen zu verstärken, oder Schwingungen in einem sehr breiten Frequenzbereich praktisch ohne Abstimmung zu übertragen.

Man erhält die Möglichkeit, in diesen Fällen für jede Frequenz und damit für das ganze Frequenzband ein Minimum des Rauschens zu erzielen, wenn gemäß der Erfindung zwischen der Signalquelle und den Transistor-Eingangselektroden ein Netzwerk liegt, das zusammen mit dem inneren Widerstand der Signalquelle, von diesen Eingangselektroden her gesehen, innerhalb des Signalfrequenzbereiches den für ein minimales Rauschen erforderlichen günstigsten frequenzabhängigen Widerstand bildet. In dieser Weise wird erreicht, daß sich der Quellwiderstand für die verschiedenen Frequenzen selbsttätig derart ändert, daß immer das höchstmögliche Signal-Rausch-Verhältnis entsteht.

Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 zeigt die Quellimpedanz Z{ als Funktion der Frequenz f zur Erläuterung von Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine Variante von Fig. 1;

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 5 zeigt eine Variante von Fig. 4, und

Fig. 6 zeigt die Phase Q als Funktion der Frequenz f eines Netzwerkes nach Fig. 4.

Fig. 1 zeigt einen Transistor 1, mit dessen Hilfe Schwingungen einer Signalquelle 2 verstärkt an eine Ausgangsimpedanz 3 weitergeleitet werden. Der Transistor 1 wird in Basisschaltung betrieben (d. h., daß die Basiselektrode dem Ein- und Ausgangskreis des Transistors gemeinsam ist); in diesem Fall können Sig:.al-Transistorverstärker

mit Maßnahmen zum Erzielen eines hohen Signal - Rausch-Verhältnisses

Anmelder:

N.V.Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. K. Lengner, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 14. November 1955

Kornelis Swier Knol und Hendrik van de Weg,

Eindhoven (Niederlande),
sind als Erfinder genannt worden

frequenzen in der Nähe der Grenzfrequenz/_C des Kollektor-Emitter-Stromverstärkungsfaktors a_ce noch angemessen verstärkt werden. Ein Betrieb in Emitterschaltung gilt aber ebenfalls für die folgenden Erwägungen.

Es stellt sich heraus, daß die Impedanz Zi von den Transistor-Eingangselektroden in Richtung der Signalquelle 2 gesehen, das Signal-Rausch-Verhältnis beeinträchtigt. Um das Rauschen möglichst herabzusetzen, soll diese Quellimpedanz Zi im wesentlichen ein Widerstand mit einer in Fig. 2 durch die Kurve α dargestellten Frequenzabhängigkeit sein. Nach der Erfindung ist nun in den Transistor-Eingangskreis ein frequenzabhängiges Netzwerk 4 eingeschaltet, das zusammen mit dem inneren Widerstand der Signalquelle 2 innerhalb des Signalfrequenzbereiches einen Widerstandscharakter hat, der etwa der Kurve α entspricht. Genauer gesagt, darf die Quellimpedanz Zj für den Signalfrequenzbereich höchstens um 25 °/₀ von der Kurve α abweichen und einen Phasenwinkel von höchstens 30° haben.

Die Kurve α hat in der Nähe der Grenzfrequenz f_c einen im wesentlichen der Frequenz umgekehrt proportionalen Verlauf; dieser Verlauf gilt bereits von etwa

einer Frequenz =

fc

ab, wo a_Cb den Kollektor-Basis-

Stromverstärkungsgrad darstellt. Als Grenzfrequenz f_c gilt dabei wie üblich die Frequenz, bei der a_ce bis auf

— ]/2 seines Anfangswertes abgesunken ist.

Eine Anordnung, um die genannten Anforderungen zu erfüllen und die jeweils für ein schmales regelbares Signalfrequenzband gilt, besteht nach den Fig. 1 bzw. 3

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darin, daß das für diese Signalfrequenzen durchlässige Netzwerk 4 aus drei von einem gemeinsamen Einstellmechanismus 5 betätigten Reaktanzen aufgebaut ist; in Fig. 1 besteht es aus zwei Induktivitäten 6, 7 und einem Kondensator 8, in Fig. 3 aus einer Induktivität 9 mit zwei Kondensatoren 10 und 11. Der Regelmechanismus 5 soll dabei zugleich die Induktivitäten 6, 7 bzw. 9 der 3/2 Potenz der Signalfrequenz umgekehrt proportional und die Kondensatoren 8 bzw. 10 und 11 der Wurzel aus der Signalfrequenz umgekehrt proportional ändern, so daß sich sämtliche Reaktanzen der Wurzel aus der Signalfrequenz umgekehrt proportional ändern. Auch kann gewünschtenfalls dadurch, daß der Regelmechanismus 5 den betreffenden Reaktanzen eine geeignete verwickeitere Frequenzabhängigkeit aufdrücken läßt, die Induktivität 7 entbehrt oder die Induktivität 9 nicht regelbar gemacht werden.

?ur Verstärkung eines breiten Signalfrequenzbandes eignen sich die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Netzwerke, die aus einer Induktivität 14 im Längszweig und einem Parallelresonanzkreis 15-16 im Querzweig bzw. aus eine,m Reihenresonanzkreis 17-18 im Längszweig und einer Induktivität 19 im Querzweig bestehen. Diese Netzwerke haben dann eine dem Signalfrequenzband entsprechende Durchlaßcharakteristik und eine Quellimpedanz mit einer Reihen- und einer Parallelresonanz, wobei die Reihenresonanz beträchtlich höher als die Parallelresonanz liegt. Natürlich ist durch Ausdehnung des betreffenden Netzwerkes, z.B. dadurch, daß die Netzwerke 14-15-16 und 17-18-19 hintereinandergeschaltet 3 werden, eine bessere Anpassung an die Kurve α in Fig. 2 erreichbar.

Bei einer praktischen Ausbildung, bei der der Transistor 1 in Fig. 4 einen Eingangswiderstand von 25 Ω besaß, wurde eine Signalquelle 2 mit einem inneren Widerstand 20 von 200 Ω verwendet. Die Transistor-Grenzfrequenz f_c betrug 2 MHz, das zu verstärkende Signalband 0,5 bis 1,5 MHz. Die Induktivität 14 betrug dann 12 μΗ, die Induktivität 15 war 170 μΗ, und der Kondensator 16 hatte einen Wert von 800 pF. Die erhaltene Impedanzcharakteristik hatte dann die Form der Kurve b in Fig. 4, der Phasenwinkel die nach Fig. 6.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Transistorverstärker mit Maßnahmen zum Erzielen eines hohen Signal-Rausch-Verhältnisses in einem breiten Frequenzbereich, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Signalquelle und den Transistor-Eingangselektroden ein Netzwerk liegt, das zusammen mit dem inneren Widerstand der Signalquelle im Signalfrequenzbereich den für das Minimalrauschen erforderlichen günstigsten frequenzabhängigen Quellwiderstand bildet.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Quellwiderstand sich etwa der Frequenz umgekehrt proportional ändert.

3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk aus mehreren von einem gemeinsamen Einstellmechanismus betätigten Reaktanzen besteht (Fig. 1,3).

4. Verstärker nach Anspruch 2 für ein breites Signalfrequenzband, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk eine diesem Band entsprechende Durchlaßcharakteristik sowie eine Parallelresonanz und eine beträchtlich höhere Reihenresonanz hat.

5. Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk wenigstens eine Induktivität im Reihenzweig und einen Parallelresonanzkreis im Parallelzweig enthält (Fig. 4).

6. Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk wenigstens einen Reihenresonanzkreis im Reihenzweig und eine Induktivität im Parallelzweig enthält (Fig. 5).

7. Verstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er für Signalfrequenzen wenigstens

über bemessen ist, wo f_e die Grenzfrequenz

des Kollektor-Emitter-Stromverstärkungsfaktors und (Xcb den Kollektor-Basis-Stromverstärkungsgrad darstellt.

8. Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbaren Spulen der 3/2 Potenz der Signalfrequenz umgekehrt proportional und die einstellbaren Kondensatoren der Wurzel aus der Signalfrequenz umgekehrt proportional veränderbar sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
R. F. Shea, »Principles of Transistor Circuits«·, 1953,. S. 444 bis 446;

»Proc. of the IRE«, 1955, Februar-Heft, S. 221.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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